All'inizio c'era... beh, forse non c'era inizio. Forse il nostro universo è sempre esistito e la nuova teoria della gravità quantistica mostra come potrebbe funzionare.
"Ci sono così tante cose nella realtà che la maggior parte delle persone associa alla fantascienza o addirittura al fantasy", ha detto a WordsSideKick.com Bruno Bento, un fisico che studia la natura del tempo all'Università di Liverpool nel Regno Unito.
Nel suo lavoro, ha utilizzato una nuova teoria della gravità quantistica chiamata teoria degli insiemi causali, in cui lo spazio e il tempo sono divisi in parti discrete dello spazio-tempo. Secondo questa teoria, ad un certo livello, esiste un'unità fondamentale dello spazio-tempo.
Bento ei suoi collaboratori hanno utilizzato questo approccio causale per esplorare l'inizio dell'universo. Hanno scoperto che è del tutto possibile che l'universo non abbia avuto un inizio: è sempre esistito nell'infinito passato e solo di recente si è trasformato in quello che chiamiamo Big Bang.
Quantum di gravità.
La gravità quantistica è forse il problema più fastidioso della fisica moderna. Abbiamo due teorie dell'universo estremamente efficaci: la fisica quantistica e la relatività generale. La fisica quantistica ha descritto con successo tre delle quattro forze fondamentali della natura (elettromagnetismo, interazione debole e interazione forte) fino a scale microscopiche. D'altra parte, la relatività generale è la descrizione più potente e completa della gravità mai inventata.
Ma nonostante tutti i suoi punti di forza, la relatività generale è incompleta. In almeno due luoghi specifici dell'Universo, la matematica della relatività generale semplicemente non funziona, senza fornire risultati affidabili: al centro dei buchi neri e all'inizio dell'Universo. Queste aree sono chiamate "singolarità", che significano punti nello spaziotempo in cui le nostre attuali leggi della fisica crollano e sono segnali di avvertimento matematici che la relatività generale sta inciampando su se stessa. All'interno di entrambe queste singolarità, la gravità diventa incredibilmente forte a scale di lunghezza molto piccole.
Pertanto, per svelare i misteri delle singolarità, i fisici hanno bisogno di una descrizione microscopica della gravità forte, chiamata anche teoria quantistica della gravità. Ci sono molti contendenti, tra cui la teoria delle stringhe e la gravità quantistica ad anello.
E c'è un altro approccio che cambia completamente la nostra comprensione dello spazio e del tempo.
Teoria degli insiemi causali
In tutte le moderne teorie della fisica, lo spazio e il tempo sono continui. Formano il tessuto liscio che sta alla base di tutta la realtà. In uno spazio-tempo così continuo, due punti possono essere il più vicino possibile l'uno all'altro nello spazio e due eventi possono verificarsi il più vicino possibile l'uno all'altro nel tempo.
Ma un altro approccio, chiamato teoria degli insiemi causali, reimmagina lo spaziotempo come una serie di frammenti discreti o "atomi" dello spaziotempo. Questa teoria imporrebbe limiti rigorosi su quanto gli eventi possano essere vicini nello spazio e nel tempo, poiché non possono essere più vicini delle dimensioni di un "atomo".
Ad esempio, se guardi lo schermo e leggi questo, tutto sembra fluido e continuo. Ma se guardi lo stesso schermo attraverso una lente d'ingrandimento, puoi vedere i pixel che dividono lo spazio e scopri che è impossibile avvicinare due immagini sullo schermo di un pixel.
Questa teoria della fisica eccitava Bento. “Sono stato entusiasta di trovare questa teoria che non solo cerca di diventare il più fondamentale possibile, avvicinandosi alla gravità quantistica e ridefinendo di fatto la nozione stessa di spaziotempo, ma anche centralizzando il tempo e il suo significato fisico. quel tempo passerà, quanto è fisicamente il tuo passato e se il futuro esiste già ", ha detto Bento a WordsSideKick.com.
L'inizio del tempo
La teoria degli insiemi causali è essenziale per la natura del tempo.
“Gran parte della filosofia degli insiemi causali è che il passare del tempo è qualcosa di fisico e non può essere attribuito a qualche illusione emergente oa qualcosa che accade nel nostro cervello che ci fa pensare che il tempo stia passando; questa procedura dettagliata è essa stessa una manifestazione della teoria fisica ", ha detto Bento. "Quindi, nella teoria degli insiemi causali, l'insieme causale crescerà di un atomo alla volta e diventerà sempre più grande".
L'approccio dell'insieme causale rimuove nettamente il problema della singolarità del Big Bang, perché in teoria le singolarità non possono esistere. La materia non può essere compressa in punti infinitamente piccoli: non possono essere inferiori alle dimensioni di un atomo nello spazio-tempo.
Allora, che aspetto ha l'inizio del nostro universo senza la singolarità del Big Bang? È stato qui che Bento e il suo collaboratore Stav Zalel, uno studente laureato all'Imperial College di Londra, hanno ripreso il filo esplorando ciò che la teoria degli insiemi causali dice sui primi giorni dell'universo. Il loro lavoro è stato pubblicato il 24 settembre nel database del preprint di arXiv. (L'articolo non è stato ancora pubblicato su una rivista scientifica peer-reviewed.)
L'articolo ha esplorato "se avrebbe dovuto iniziare a esistere in un approccio causale", ha detto Bento. “Nella formulazione e nella dinamica originali dell'insieme causale, classicamente parlando, l'insieme causale cresce dal nulla nell'universo che vediamo oggi. Invece, non ci sarebbe il Big Bang come inizio nel nostro lavoro, poiché l'insieme causale sarebbe infinito fino al passato, e quindi c'è sempre qualcosa prima. “
Il loro lavoro implica che l'universo potrebbe non aver avuto un inizio, che semplicemente è sempre esistito. Quello che percepiamo come il Big Bang potrebbe essere solo un momento speciale nell'evoluzione di questo aggregato causale sempre esistente, e non il vero inizio.
Tuttavia, c'è ancora molto lavoro da fare. Non è ancora chiaro se questo approccio causale gratuito possa consentire teorie fisiche con cui possiamo lavorare per descrivere la complessa evoluzione dell'universo durante il Big Bang.
"Ci si può ancora chiedere se questo [approccio causale] può essere interpretato in modo 'intelligente', o cosa significano fisicamente tali dinamiche in un senso più ampio, ma abbiamo dimostrato che la struttura è davvero possibile", ha detto Bento. "Quindi almeno matematicamente si può fare."
